JPS604311A - Horn antenna - Google Patents

Horn antenna

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JPS604311A
JPS604311A JP11310983A JP11310983A JPS604311A JP S604311 A JPS604311 A JP S604311A JP 11310983 A JP11310983 A JP 11310983A JP 11310983 A JP11310983 A JP 11310983A JP S604311 A JPS604311 A JP S604311A
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horn
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山後　純一
Jun Segawa
純 瀬川
Takamasa Furuno
孝允 古野
Katsuo Saito
斎藤　勝男
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NTT Inc
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns
    • H01Q13/0208—Corrugated horns

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  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain good VSWR characteristic and directional pattern by corrugating the inside wall of a part of a horn where the inside diameter of the cross section is longer than 3lambdaL (lambda is a minimum used free space wavelength) and increasing the diameter of the inside wall of a feeding waveguide into an arc taper shape. CONSTITUTION:A horn antenna consists of a conical horn 1 where the diameter of the inside wall is increased linearly into a taper shape, a feeding waveguide 2, a flange 3, and bolts 4, and metallic fins 6 constituting a corrugation having a prescribed pitch are provided on the inside wall of a part of the conical horn 1 where the diameter of the cross section is longer than 3lambdaL. The diameter of the inside wall of the feeding waveguide 2 is increased toward the aperture side from the feeding hole into an arc taper shape or a raised cosine taper shape, and the feeding waveguide 2 is connected to the conical horn 1. Therefore, radio waves in the TE11 mode are propagated without reflection and are converted to EH11-mode waves efficiently, and the reflection at the connection point between the feeding waveguide 2 and the conical horn 1 is eliminated.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はホーンアンテナの改良に関するものであり、
特に、ホーンアンテナの開口部Ｔｒｒわち。[Detailed Description of the Invention] This invention relates to improvement of a horn antenna,
In particular, the aperture Trr of the horn antenna.

断面の直径が３λＬ（λＬ：使用する最低の自由空間波
長）以上となる部分の内壁にコルゲーションを施シ、シ
かもこのホーンアンテナの給電導波管の内壁の直径を給
′屯端より開口端に向い円弧テーパ状モしくはレーズド
コサインテーパ状に大きくすることにより、良好なる放
射指向特性を実現すると共に、上記ホーンアンテナの給
′屯端および開口端での反射を除去することを図ったホ
ーンアンテナに関するものである。Corrugation is applied to the inner wall of the portion where the cross-sectional diameter is 3λL (λL: the lowest free space wavelength used) or more, and the diameter of the inner wall of the feeding waveguide of this horn antenna is adjusted from the tunic end to the open end. By enlarging the horn antenna in a circular arc taper shape or a lased cosine taper shape, we aim to achieve good radiation directivity characteristics and eliminate reflections at the feed end and aperture end of the horn antenna. This relates to horn antennas.

一般に、ホーンアンテナは給電導波管の開口を徐々に広
げることにより開口から放射される電磁波に指向性を持
たせようと°Ｔるものである。まず。In general, a horn antenna is designed to gradually widen the aperture of a feeding waveguide in order to impart directivity to electromagnetic waves radiated from the aperture. first.

従来のホーンアンテナを図に基づいて説明する。A conventional horn antenna will be explained based on the drawings.

牙１図（ａ）・（ｂ）において・（１）は内壁の直径が
直線テーパ状（二大きくなる円錐ホーン、（２）は内壁
が円節状またはその管径が円錐ホーン（１）の入力端の
管径に向けて変化する給電導波管、（３）はフランジ、
（４）はボルト、（５）は円錐ホー’□ネｉｌｌの開ロ
シニおける電気力線である。図中、フランジ（３）およ
びポル）　（４１ハ円錐ホーン（１）と給電導波管（２
）を接続するためのものであり、特にホーンアンテナの
機能を満足するために必要かくべからざるものではない
。In Figures 1 (a) and (b), (1) is a conical horn whose inner wall diameter is linearly tapered (2 larger), (2) is a conical horn whose inner wall is cylindrical or whose diameter is the same as that of (1). A feeding waveguide that changes toward the pipe diameter at the input end, (3) is a flange,
(4) is the volt, and (5) is the electric line of force at the open position of the conical hole. In the figure, the flange (3) and pole) (41C) The conical horn (1) and the feeding waveguide (2)
), and is not an indispensable item that is particularly necessary to satisfy the function of a horn antenna.

牙１図（ａ）において、給電導波管（２）を伝搬してき
た’ｒＷｌ’：モード波の電波は１円錐ホーン（１）の
開口において、牙１図Φ）に示すようす電気力線（５）
を持つ。In Fig. 1 (a), the 'rWl': mode wave radio wave that has propagated through the feeding waveguide (2) forms electric lines of force ( 5)
have.

この上うす′電気力線（５）を持つ電波が空間に放射さ
れるどき、牙２図（ａ）、　（ｂ）に示すような放射指
向特性を呈する。When a radio wave with this thin line of electric force (5) is radiated into space, it exhibits radiation directional characteristics as shown in Figures 2 (a) and (b).

牙２図のＵは、ｕ＝（２シＪ）ａ８ｉｎθであり、λは
自由空間波長、ａはホーンアンテナの開口半径。U in Fig. 2 is u=(2J)a8inθ, λ is the free space wavelength, and a is the aperture radius of the horn antenna.

θは、・ホーンアンテナの中心軸を基準としたある観測
面内における角度である。θ is an angle in a certain observation plane with the central axis of the horn antenna as a reference.

また、牙２図（ａ）に示す実線は、Ｈ面内指向特性（Ｅ
面：　Ｊ−１図（ｂ）に示す電気力線（５）に平行な面
）点線は、Ｈ面内指向特性（Ｅ面：１・１図（ｂ）に示
す電気力線（５）に垂直な面）であり、矛２図（ｂ）に
示す実線は、Ｅ面、Ｅ面に対し４５　傾いている面（以
下４５°面と称す）での又さ偏波指向特性である。In addition, the solid line shown in Fig. 2 (a) indicates the directivity characteristic in the H plane (E
Plane: A plane parallel to the electric field line (5) shown in Figure J-1 (b)) The dotted line indicates the directivity characteristic in the H plane (E plane: A plane parallel to the electric field line (5) shown in Figure 1.1 (b)) The solid line shown in Figure 2 (b) is the straddle polarization directional characteristic on the E plane, a plane inclined at 45° with respect to the E plane (hereinafter referred to as the 45° plane).

図から明らかなように、特にＥ面、Ｈ面内指向特性では
、主ビームの巾が異なり・さらに・Ｈ面内指向特性の牙
１サイドロープレベルが、Ｈ面内に比較して非常に筒く
なっている。また、４５°面内では・主ビームの最大値
に対して・約−２０ｄＢ程度の交さ偏波成分が発生して
いる。As is clear from the figure, especially in the E-plane and H-plane directional characteristics, the width of the main beam is different, and furthermore, the fang 1 side rope level of the H-plane directional characteristic is much more cylindrical than in the H-plane. It has become. Further, within the 45° plane, a cross-polarized component of approximately -20 dB relative to the maximum value of the main beam is generated.

このような特性を有するホーンアンテナを広帯域で使用
する高性能開口面アンテナの一次放射器として使用すれ
ば・開口面アンテナの広角指向特性や交さ偏波指向特性
も良好なものが得られない。If a horn antenna having such characteristics is used as the primary radiator of a high-performance aperture antenna used in a wide band, good wide-angle directivity and cross-polarization directivity of the aperture antenna cannot be obtained.

従って従来高性能アンテナでは、牙３図（ａ）・（ｂ）
に示すようなホーンアンテナを一次放射器として使用す
ることにより、上述した欠点を除去していた。Therefore, in conventional high-performance antennas, Fig. 3 (a) and (b)
By using a horn antenna as shown in Figure 1 as a primary radiator, the above-mentioned drawbacks were eliminated.

図中、　＋１１．　（２１，＋３１．　＋４１．　（５
１は牙２図に示したものと同様であり、（６）は給電導
波管（２）および円錐ホーン（１）の内壁に所定のピッ
チで施されたコルゲージ望ンを構成する金属ヒレである
。In the figure, +11. (21, +31. +41. (5
1 is the same as that shown in Fig. 2, and (6) is a metal fin constituting a corrugage pattern applied at a predetermined pitch on the inner wall of the feeding waveguide (2) and the conical horn (1). be.

同図おいて、給電導波管（２）の給電端から伝搬してき
たＴＥ＋°ｌモード波の電波は、上記給電導波管（２）
（＝おいて、　ＥＨ，Ω廁−ド波の電波は、混成波とも
呼ばれＴＢ＋＋モード波の電、波とＴＭ＋＋モード波の
電波の結合により生じた電波で、概念的に説明すると。In the same figure, the radio wave of the TE+°l mode wave propagated from the feeding end of the feeding waveguide (2) is transmitted through the feeding waveguide (2).
(=, EH, Ω) A radio wave is also called a hybrid wave, and is a radio wave generated by the combination of a TB++ mode wave and a TM++ mode wave, and can be explained conceptually.

ＴＭ　＋　＋モード波の電波は、金属ヒレ（６）により
発生しＴＨ＋’＊モード波の電波と同相で合成されると
言う事ができる。以上述べたよう７１　ＥＨ■モードの
電波は円錐ホーン（１）の開口で、牙３図（ｂ）に示す
ような直線状の電気力５（５）を有するようになる。こ
のような′電気力線（５）を有するＮ１３　ＩＩモード
の電波は、ホーンアンテナから空間に放射されると、牙
４図に示すように、Ｅ面（実線）および［工面（点線）
の放射指向特性の主ビーム巾を等巾に近づけ、かつ牙１
図に示すようなホーンアンテナの指向特性に比較してサ
イドローブが低く、さらに交さ偏波成分の発生もきわめ
て少ないという利点を有している。It can be said that the radio waves of the TM++ mode wave are generated by the metal fin (6) and are synthesized in phase with the radio waves of the TH+'* mode wave. As described above, the radio waves in the 71EH■ mode have a linear electric force 5 (5) at the opening of the conical horn (1) as shown in Fig. 3 (b). When N13 II mode radio waves having such electric lines of force (5) are radiated into space from the horn antenna, they form E plane (solid line) and [E plane (dotted line) as shown in Figure 4.
The main beam width of the radiation directivity characteristics is made close to the same width, and
Compared to the directivity characteristics of a horn antenna as shown in the figure, this antenna has the advantage of having lower side lobes and extremely less generation of cross-polarized components.

このため、牙３図に示すようなホーンアンテナはカセグ
レンアンテナ、オフセットアンテナ等の一次放射器とし
て、開口面アンテナの指向特性の改善を目的に使用され
る。しかしながら、このようなホーンアンテナにおいて
は、給電導ｅ管（２）の内壁にまで上述した金属ｔ、Ｌ
ｚ（６１を収付けているためこの部分でＴＢ＋”’＋モ
ード波の一部がｇ　ＥＨ１１モード（＝変換されず２反
射してＶ８ＷＲ特性を劣化させたり・高次モード波に変
換されて、指向特性を劣化させる等の欠点がある。また
、給電導波管（２）および円錐ホーン（１１の内壁にま
で上記金属ヒレ（６）を収り付けているため経済的でな
いという欠点もある。Therefore, a horn antenna as shown in Fig. 3 is used as a primary radiator such as a Cassegrain antenna or an offset antenna for the purpose of improving the directivity characteristics of an aperture antenna. However, in such a horn antenna, the above-mentioned metal t, L is applied even to the inner wall of the feeding conductive pipe (2).
Since z(61 is accommodated, part of the TB+"'+ mode wave in this part is not converted but reflects 2 and degrades the V8WR characteristics, or is converted to a higher-order mode wave. There are drawbacks such as deterioration of directivity characteristics.Also, there is also a drawback that it is not economical because the metal fin (6) is housed up to the inner wall of the feeding waveguide (2) and the conical horn (11).

この発明はこれらの欠点を改善するもので、さらに詳し
く述べると２円錐ホーン（１）の内壁の直径が等制約（
−自由空間とみなせる３λＬ以上の部分にピッチがＰ〈
λＬとなる条件のもとで、コルゲーショを施し、しかも
給電導波管（２）の内壁の直径を給電口より開口側に向
は円弧テーパ状もしくはレーズドコサインテーパ状に大
きくして円錐ホーン＋１１に接続することにより、良好
；７Ｖ８Ｗ）？特性および指向特性を得るようにしたも
のである。This invention aims to improve these drawbacks, and more specifically, the diameter of the inner wall of the two-conical horn (1) is subject to equal constraints (
-The pitch is P< in the part above 3λL that can be considered as free space.
Under the condition of λL, corrugation is applied, and the diameter of the inner wall of the feed waveguide (2) is increased from the feed port to the opening side in a circular arc taper shape or a lased cosine taper shape to form a conical horn +11 (7V8W)? It is designed to obtain characteristics and directional characteristics.

以下、この発明の一実施例を牙５図に示す。An embodiment of the present invention is shown in Fig. 5 below.

１１５図のｆｉｌ、　ｆ２＋、　＋３１．　＋４１．　
＋６１は牙３図（二本したものと同様であり１円錐ホー
ン（１）内の金属ヒレ（６）は円錐ホーン（１）の内壁
の直径が３λ１以上の部分にだけ施している。こ（ソよ
うなホーンアンテナでは。Figure 115 fil, f2+, +31. +41.
+61 is 3 fangs (same as the one with two teeth, and the metal fin (6) in one conical horn (1) is applied only to the part where the diameter of the inner wall of the conical horn (1) is 3λ1 or more. With a horn antenna like So.

金属ヒレ（６）の先端の直径が自由空間と見なせるまで
（二大きくなっているために、　ＴＥ１１モード波の電
波は反射することなく伝搬し２円錐ホーン（１）の開口
に至るまでに効率よ（ＥＨ＋＋モード波に変換される。Since the diameter of the tip of the metal fin (6) is large enough to be regarded as free space (2), the radio waves of the TE11 mode propagate without being reflected and reach the opening of the two-conical horn (1) with high efficiency. (Converted to EH++ mode wave.

また、給″屯導波管（２）の内壁は１円弧テーパ状に滑
らかに変化して円錐ホーン（１）に接続されているため
、その接続点における反射は除去される。Furthermore, since the inner wall of the feeder tunnel waveguide (2) smoothly tapers in a single arc and is connected to the conical horn (1), reflections at the connection point are eliminated.

牙６図に１円錐ホーン（１）の開口径が４．６λＬで・
開口端から内径が３λＬとなる箇所までその内壁にコル
ゲーションを施したホーンアンテナの■ＳＷＲ特性を実
線で、２７３図に示すホーンアンテナのＶ８ＷＲ特性を
点線で示す。In Fig. 6, the opening diameter of the conical horn (1) is 4.6λL.
The solid line indicates the SWR characteristic of the horn antenna whose inner wall is corrugated from the open end to the point where the inner diameter is 3λL, and the dotted line indicates the V8WR characteristic of the horn antenna shown in Fig. 273.

この結果から明らかなように１本発明におけるホーンア
ンテナは、従来のホーンアンテナに比較して良好ｒ、Ｈ
ｖｓＷｘ＜特性を有していることが分る。As is clear from this result, the horn antenna of the present invention has better r and H than the conventional horn antenna.
It can be seen that vsWx<characteristic.

２・７図は、この発明の他の実施例を示すものであり１
図中ｔ１１．　＋２１．　（３１，（４１，（６１は矛
５図に示したものど同様であり、特に、給電導波管（２
）の内壁はレーズドコサインテーパ状とナフており、こ
れにより上記給電導波管（２１で発生する。鳩、次モー
ド波を抑圧することができ、放射指向特性の改善を図る
ことができる。Figures 2 and 7 show other embodiments of this invention.1
In the figure, t11. +21. (31, (41, (61 are the same as those shown in Figure 5), especially the feeding waveguide (2
) has a lased cosine tapered inner wall, which makes it possible to suppress the next mode wave generated in the feeding waveguide (21), thereby improving the radiation directivity characteristics.

矛８図は、この発明の他の実施例を示すものであり２図
中ｉｌｌ、　＋２＋、　＋３１．　（４１，＋６１は牙
５図、牙７図に示したものと同様であり、（７）は金属
ヒレ（６）の先端側面（二設けたドーナツ状のリングで
ある。この実施例の給電導波管（２）の内壁は円弧テー
パ状となっている。一般に・内壁にコルゲーションを施
したホーンアンテナでは・上記金属ヒレ（６）の間の溝
が容量性のサセプタンスとなる周波数領域で放射特性の
改善を図っている。牙８図に示す金属リング（７）は、
容量性サセプタンスとして働き・きれにより上述した容
量性となる周波数領域を広げることができ、広帯域化を
図ることができる。Figure 8 shows another embodiment of the present invention, and in Figure 2, ill, +2+, +31. (41, +61 are the same as those shown in Fig. 5 and Fig. 7, and (7) is a donut-shaped ring provided on the tip side of the metal fin (6). The inner wall of the wave tube (2) has an arc-tapered shape.Generally, in a horn antenna with a corrugation on the inner wall, the groove between the metal fins (6) has a radiation characteristic in the frequency range where it becomes a capacitive susceptance. The metal ring (7) shown in Fig. 8 is
By functioning as a capacitive susceptance, it is possible to widen the frequency range in which the above-mentioned capacitance occurs, and it is possible to achieve a wide band.

之・９図は、この発明の他の実施例を示すものであり１
図中、　（１１，＋２１．　＋３１．　＋４１．　（６
１，（７１は牙８図６＝示したものと同様であり、特に
、給電導波管（２）の内壁はレーズドコサインテーパ状
とすりでいる。Figure 9 shows another embodiment of this invention.
In the figure, (11, +21. +31. +41. (6
1, (71 is similar to that shown in FIG. 6), and in particular, the inner wall of the feeding waveguide (2) is in the form of a lased cosine taper.

牙９図に示したものと同様であり、特に、給′市端側の
一部の金属ヒレ（６）の先端側面にドーナツ状の金属リ
ング（７）をもうけたものである。この実施例の給′市
導波管（２）の内壁は円弧テーパ状となっている。It is similar to the one shown in Fig. 9, and in particular, a donut-shaped metal ring (7) is provided on the side surface of the tip of a part of the metal fin (6) on the feed end side. The inner wall of the feed waveguide (2) of this embodiment has a circularly tapered shape.

第１１図は、この発明の曲の実施例を示すものであり２
図中、　ｉｌ＋、　（２＋、　（３１，＋４＋、　＋６
１．　＋７＋は、牙８図。FIG. 11 shows an embodiment of the song of this invention.
In the figure, il+, (2+, (31, +4+, +6
1. +7+ is Fang 8 diagram.

〕・９図、牙　図に示したものと同様であり、特に。]・Figure 9, Fang It is similar to the one shown in the figure, especially.

給電：導波管（２）の内壁はレーズドコサインテーバ状
となっている。Power supply: The inner wall of the waveguide (2) has a lased cosine taper shape.

なお１以上は５円錐状のホーンアンテナの場合について
述べたが、角錐状のホーンアンチナノ場合にも全つく同
様のことが言える。Although the above description has been made regarding the case of a five-cone-shaped horn antenna, the same can be said for the case of a pyramid-shaped horn antenna.

以上のように、この発明によると、ホーンアンテナの開
口部すなわち内壁の直径が３λＬ（λＬ：使用する最低
の自由空間波長）以上となる部分にコルゲーションヲ施
し、　アルいは、コルゲーションを構成する一部もしく
は全部の金属ヒレ（６）の先端側面に、ドーナツ状の金
属リング（７）を設け、かつホーンアンテナの給電導波
管：響の内壁を円弧テーパ状もしくはレーズドコザイン
状に変化することにより、上記ホーンアンテナの放射特
性を良好にすると共に、給電端と開口端での反射を除去
することができ、極めて効果の大きいものである。また
、金属ヒレ（６）の数も従来に比較し大巾に少ないため
、より経済的にホーンアンテナを構成することができる
。As described above, according to the present invention, a corrugation is applied to the opening of the horn antenna, that is, a portion where the diameter of the inner wall is 3λL (λL: the lowest free space wavelength used) or more. A donut-shaped metal ring (7) is provided on the side surface of the tip of one or all metal fins (6), and the inner wall of the feeding waveguide of the horn antenna is changed into an arc tapered shape or a rasped cosine shape. This makes it possible to improve the radiation characteristics of the horn antenna and eliminate reflections at the feed end and the aperture end, which is extremely effective. Furthermore, since the number of metal fins (6) is also much smaller than in the past, the horn antenna can be constructed more economically.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

牙１図（ａ）　（ｂ）は、従来のホーンアンテナを示す
図牙２図は牙１図に示すホーンアンテナの放射指向特性
を示す図、牙３図は改善を図った従来のホーンアンテナ
を示す図、牙」図は従来のホーンアンテナの放射指向特
性を示す図、１１５図、１１７図。 牙８図、牙９図、牙１０図、牙１１図はこの発明の一実
施例を示す構成図、矛６図は矛５図（＝示すホーンアン
テナおよび牙３図に示すホーンアンテナのＶ８ＷＲ特性
を示す図である。 図中（１１は円錐ホーン、（２）は給電導波管、（３）
はフランジ、（４）はポル）、＋５＋は電気力線、（６
）は金属ヒレ、（７）は金属リングである。 なお１図中同一あるいは相当部分には同一符号を付して
示している。 「−一 代理人　大　岩　増　雄 ネ　１　θ （Ｌ）　（し） ネＺＶ （１１） ？ 事３　色 （Ｌｌ　（し） 不４い “　′　、“　°　。 寮　５　い 率　ｔ　い 用仮敷（５Ｈリ ネ７　色Figure 1 (a) and (b) show a conventional horn antenna. Figure 2 shows the radiation directivity characteristics of the horn antenna shown in Figure 1. Figure 3 shows an improved conventional horn antenna. Figures 115 and 117 are diagrams showing the radiation directivity characteristics of conventional horn antennas. Fang 8, Fang 9, Fang 10, and Fang 11 are configuration diagrams showing one embodiment of the present invention, and Fang 6 is Fang 5 (=V8WR characteristics of the horn antenna shown and the horn antenna shown in Fang 3). In the figure (11 is a conical horn, (2) is a feeding waveguide, (3)
is a flange, (4) is a pol), +5+ is an electric field line, (6
) is a metal fin, and (7) is a metal ring. Note that the same or corresponding parts in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. ``-1 agent Oiwa Masu male 1 θ (L) (shi) ne ZV (11) ? thing 3 color (Ll (shi) fu4i " ′ , " °. Dormitory 5 rate t temporary flooring (5H line 7 colors

Claims (1)

【特許請求の範囲】 （１１給′市導波管と、内壁が円１ｉＧ（状（二広がっ
ているホーンとからなるホーンアンテナにおいて、上記
ポーンの横断面の内径が３λＬ（λＬは使用する最低の
自由空間波長）以上となる部分の内壁Ｃ二所定のピッチ
のコルゲーションを施したことを特徴とするホーンアン
テナ。 （２）上記コルゲーションを構成する一部もしくは全部
の金属ヒレの先端側面（ニド−ナラ状の金属リングをも
うけたことを特徴とする特許請求の範四牙（１）項記載
のホーンアンテナ。 （３）　上記給電導波管の内壁の管径を、給電端４１１
１からホーン側に向って１円弧を組合せた円弧テーパ状
もしくはレーズドコサインテーパ状に大きくしたことを
特徴とする特許請求の範囲牙（１）項または＞（２１項
記載のホーンアンテナ。[Claims] (In a horn antenna consisting of an 11-inch waveguide and a horn whose inner wall is circular 1iG (2 wide), the inner diameter of the cross section of the above horn is 3λL (λL is the minimum diameter to be used) A horn antenna characterized by having a corrugation with a predetermined pitch on the inner wall C2 of the portion where the free space wavelength is greater than or equal to the free space wavelength. The horn antenna according to claim (1), characterized in that it has a hollow metal ring. (3) The diameter of the inner wall of the feeding waveguide is set at the feeding end
22. The horn antenna according to claim 1 or 21, characterized in that the horn antenna is tapered in a circular arc formed by combining one circular arc or in a lased cosine tapered shape from 1 toward the horn side.
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